DE2329003A1

DE2329003A1 - Unmittelbar an den abdampfstutzen einer abdampf von veraenderlicher temperatur liefernden dampfturbine angeschlossener kondensator

Info

Publication number: DE2329003A1
Application number: DE2329003A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Kasschau; John W Ward
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1972-06-12
Filing date: 1973-06-07
Publication date: 1974-01-03
Also published as: GB1389997A; IT989063B; US3805518A; NO136114C; NO136114B; JPS4956012A; ES415791A1; SE385240B; JPS538006B2

Description

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;, den ^. Juni 1973

-iestinshouse Electric Corporation, V/estinöhouse Building, Liatev/ay Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania l^lj222, V.St .A.

Unmittelbar an den Abdampfstutzen einer Abdampf von veränderlicher Temperatur liefernden Dampfturbine angeschlossener

Kondensator

Jie Erfindung betrifft einen unmittelbar an den Abdampfstutzen einer Abdampf von veränderlicher Temperatur liefernden Dampfturbine angeschlossenen Kondensator,

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Schiffturbinen stehen häufig auf einer Fundamentkonstruktion und der Kondensator ist an die Turbine angesetzt. Bei dieser Anordnung haben Temperaturänderungen des Kondensatorkörpers, wenn überhaupt, geringe Auswirkungen auf die Einbaulage der Turbine. Demzufolge bleibt die fluchtende Lage der Turbinenwelle mit dem Getriebe und mit den Kupplungen innerhalb eines großen Temperaturbereiches erhalten.

Die Leistungen von Schiffsturbinen werden jedoch ständig größer, wodurch auch die Größe und das Gewicht der Turbine und des Kondensators wachsen. Die Abstützung des größer v/erdenden Kondensators wird ein beträchtliches Problem, insbesondere hinsichtlich der Kondensatorflanschverbindung mit der Turbine.

Daher ist es wünschenswert, die Turbine auf dem Kondensator anzuordnen. Eine derartige Anordnung wirft jedoch hinsichtlich des Fluchtens der Turbine mit dem mit ihr in Triebverbindung stehenden Untersetzungsgetriebe große Schwierigkeiten auf, da eine Wärmedehnung des Kondensatorkörpers zwangläufig die Turbine aus ihrer axial fluchtenden Lage mit dem Getriebe und den Wellenkupplungen heraus verschiebt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Befestigung der Dampfturbine am Kondensator durch eine entsprechende

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Ausbildung ae3 Kondensators zu ermöglichen, so dan Temperaturünuerungen des furbinenabdampf es die Einbaulage der Turbine nicht beeinflussen.

Iia Sinne der Losung dieser Aufgabe ist ein Kondensator der eingangs dargelegten Art genü der Erfindung dadurcn gekennzeichnet, daß der von der Fundamentkonstruktion getragene und die Dampfturbine haltende Kondensator eine Einrichtung zur von der Abdaivpftenperatur im wesentlichen unabhängigen Gleichhaltung der Kondensatorkörpertenperatur auf der Kondensattemperatur aufweist.

Vorzuj^sv/eise ist aer Xondensatorkörper an seiner Innenseite mit eineiii im Bereich seiner Unterstützun^sebene verlaufenden Trog versehen, v/elcher sich bis in einen nahe dem mit dem Abdampfstutzen der x'urbine verbundenen Dampfeintrittsstutzen gelegenen Bereich hinein nach oben erstreckt.

Der Trog wird während des Betriebes stetig mit Kondensat versorgt und auf der oder in der Nähe der SättioUngstemperatur des Dampfes beim Abdampfdruck gehalten. Infolgedessen wird die Kondensatorkörpertemperatur auch bei hoher Abdampftemperatur (beispielsweise bei Rückwärtsfahrt) und niedrigem Druck (infolge der vollen Wärmebelastung und der Kondensatorcharakteristik)

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im wesentlichen auf der Sattdarapftemperatur für den vorherrschenden Kondensatordruck gehalten und nicht wesentlich durch die hohe Abdarnpftemperatur beeinflußt.

Dem genannten Trog wird vorzugsweise Kondensat aus dem Kondensatsammler zugeführt, dessen Temperatur etwa auf der oättigungstemperatur für den vorherrschenden niedrigen Kondensatordruck gehalten wird, überschüssiges Kondensat wird kontinuierlich abgeleitet, vorzugsweise mittels eines Überlaufrohres, und in den Kondensatsaiamler zurückgeleitet. Jadurch wird verhindert, daß überlaufendes Kondensat auf die Kondensatorrohre tropft oder durch den mit hoher Geschwindigkeit eintretenden Turbinenabdampf mitgerissen wird.

Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung v/erden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 * einen Teilschnitt eines Kondensators

nach der Erfindung mit einer vom Kondensator getragenen Dampfturbine,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den in

Fig. 1 dargestellten Kondensator,

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Fig. 3 einen vergrößerten Aussschnitt

des rait Bezug auf Fig. 2 rechten oberen Teils des Kondensators, der Einzelheiten der erfindungsgemäßen Trogkonstruktion zeigt, und

die Fig. H und 5 den Fig. 1 und 2 ähnliche Darstellungen einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei einer Dampfturbine IU ein Dampfkondensator nach der Erfindung nachgeschaltet ist. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellte Turbine ist eine iJiederdruck-Schiffsturbine, welche in an sich bekannter V/eise mit in einer nicht gezeichneten Hochdruckturbine teilweise expandiertem Treibdampf beaufschlagt wird. Die Turbine 10 weist eine über eine geeignete, nicht dargestellte Kupplung und ein Untersetzungsgetriebe mit einem Schiffspropeller in Triebverbindung stehende Abtriebswelle 14 auf.

Die Turbine 10 weist einen Dampfeintrittsstutzen 15 für den Antrieb der Turbine bei Vorwärtsfahrt des Schiffes und einen Dampfeintrittsstutzen 16 zum Antrieb der Turbine bei

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Rückwärtsfahrt des Schiffes auf.

Der Turbinenabdampf der Turbine 10 wird durch einen Abdampfstutzen 18 in den Kondensator 12 geleitet.

Der Kondensator 12 weist einen Kondensatorkörper 20 und ein darin angeordnetes Rohrbündel 21 auf, welch letzteres sich zum Zwecke des Wärmeaustauschs quer zur Achse A der Turbine 10 durch den Kondensatorkörper hindurcherstreckt. Die Rohre sind an ihren beiden Enden in geeigneten Rohrboden 22 und 23 gehaltert, welche zusammen mit geeigneten Deckeln 25 und 27 Eintritts- und AustrittswasserkarniTiern 28 und 29 bilden, welch letztere mit den Rohren 21 in Verbindung stehen.

Der Deckel 25 ist mit einem Wassereinlaßstutzen 30 und der Deckel 27 mit einem Wasserauslaßstutzen 31 versehen. Kühlwasser von einer geeigneten, nicht gezeichneten Kühlwasserquelle, beispielsweise Seewasser, wird durch den Einlaßstutzen 30 eingeleitet, von wo aus es durch die Einlaßwasserkammer 28 und von dort aus durch die Rohre 21 in die Auslaßwasserkammer 29 strömt. Während des Durchströmens der Rohre 21 führt das Kühlwasser Wärme vom Turbinenabdampf ab und kondensiert denselben dadurch. Danach wird das aufgewärmte Kühlwasser durch den Auslaßstutzen in das Meer zurückgeleitet.

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Der Kondensatorkörper 20 weist an seinem Boden einen Kondensatsammler 33 auf, an dessen Boden ein Rohr 34 zur Aondensatabführung angeschlossen ist. In das Abführrohr ist eine geeignete Pumpe 35 zum Zurückpumpen des Kondensats in den Dampfgenerator (nicht dargestellt) geschaltet.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Kondensator 12 in einer öffnung 36 einer Schiffskonstruktion angeordnet und in einer durch den oberen Teil des Kondensatorkörpers 20 verlaufenden Ebene P-P' mittels zweier Fundamentkonstruktionen 40 aufgehängt. Die Fundamentkonstruktionen sind außerhalb der äußeren Wandungen 41 und 42 des Kondensatorkörpers angeordnet und weisen jeweils einen unteren horizontalen Pußteil 43, einen oberen horizontalen Flanschteil 44 und eine Vielzahl von mit Abständen angeordneten Streben 45 auf. Die Fußteile 43 ruhen auf der Schiffskonstruktion 37 und stützen den Kondensator darauf ab, während die oberen Flanschteile 44 den unteren Teil des Turbinenabdampfstutzens 18 und die darauf befindliche Turbine 10 tragen.

Bei dieser Anordnung wird das gesamte Gewicht der Turbine 10 durch den zwischen den Fußteilen 43 und den oberen Flanschteilen 44 liegenden Teil des Kondensatorkörpers 20 getragen. Infolgedessen ist die vertikale Lage der Turbinen-

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welle 14 wesentlich von den Wärmedehnungseigenschaften des Kondensatorkörpers x^ährend eines Erwärmungszeitraumes beeinflußt, wenn die Turbine 10 in Betrieb ist, wobei als Bezugspunkt der Außer-Betriebs-Zustand genommen ist, wenn die Turbine nicht in Betrieb und die Temperatur des Kondensatorkörpers gleich der Umgebungstemperatur ist.

Der kritische Teil des Kondensatorkörpers 20 ist der zwischen den Fußteilen 43 und den Planschteilen 44 liegende Umfangsbereich 47,

Gemäß der Erfindung ist zum Zwecke der Verminderung der Wärmedehnung des Kondensatorkörperbereiches 47 eine innere V/andungskonstruktion 50 an der äußeren Wandung 42 mittels eines Bodenteils 51 verbunden, so daß dadurch ein langgestreckter offener Kondensatkanal bzw, Kondensattrog gebildet ist, der mit dem inneren 53 des Kondensators in Verbindung steht.

Wie am deutlichsten aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, ist an der äußeren Wandung 42 eine Verteilerplatte 55 befestigt, die jedoch mit geringem Abstand zur inneren Wandung angeordnet ist. Gegebenenfalls kann die Verteilerplatte 55 eine Vielzahl von mit Abständen angeordneten Durchbrüchen

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aufweise. Die Verteilerplatte 55 ist etwa in der Mitte des Kondensattropes 52 angeordnet und ein in die äußere Wandung des Kondensatorkörpers 20 eingesetzter Anschlußflansch 57 bildet einen Einlaßstutzen 58 für unterhalb der. Verteilerplatte 55 in den Trog 52 einströmendes Kondensat, wie nachstehend noch beschrieben wird.

Damit verhindert wird, daß Dampf mit hoher Geschwindigkeit in den Trog 52 eintritt, ist an der äußeren Wandung ein Prallblech 60 befestigt und so angeordnet, daß es über die innere Wandung 50 ragt. Beim dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbexspiel stellt die äußere Wandung ein ebenes, vertikales Teil dar. Polglich ist auch die innere Wandung 50 eben und verläuft vertikal, so daß der Trog eine gleichförmige Querschnittsform besitzt.

Die äußere Konden3atorkörperwandung 41 weist jedoch einen oberen» unter einem Winkel von etwa 45 einwärts geneigten Teil 61 auf (Fig. 2). Demgemäß ist in diesem Bereich eine innere Wandung 62 vorgesehen, die einen entsprechend dem äußeren Wandungsteil 6l ebenfalls einen einwärts geneigten oberen Teil 63 aufweist und dadurch einen langgestreckten Kondensattrog 65 von gleichförmiger Querschnittsform in diesem Teil des Kondensators herstellt.

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Auch- bei dieser Ausführungsform ist ein äeneigtes Prallblech 66 (ähnlich dem Prallblech 60) vorgesehen, welches über den Wandungsteil 63 hinüberragt, so daß kein Dampf mit hoher Geschwindigkeit in den Trog 65 gelangen kann.

Durch einen weiteren Anschlußflansch 57a, der in die äußere Kondensatorkörperwandung 41 eingesetzt ist, ist Kondensat in den Trog 65 einleitbar.

Wie in Fig. 1 am besten dargestellt ist, ist der Trog an seinen beiden Enden durch zwei querverlaufende Wandungen und 68 begrenzt, welche jeweils mit ihrem unteren Rand an der Bodenplatte 51 und mit ihrem oberen Rand an der Kondensatorkörperwandung hj befestigt sind.

Der Trog 65 ist in ähnlicher Weise wie der Trog 52 an seinen beiden Enden begrenzt, was jedoch nicht gesondert dargestellt zu werden braucht.

Die Kondensateinlaßstutzen 57 und 57a sind durch parallele Rolire 7Ό und ¹Jl mit der Förders exte einer Pumpe 35 verbunden, so daß im Betrieb ein Teil des normalerweise zum Dampfgenerator zurückgepumpten Kondensats in die Kondensattröge ami 65 geleitet wird.

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Im Betrieb, wenn der verbrauchte Dampf der Turbine 10 im Kondensator 12 kondensiert wird, tropft das Kondensat in den Kondensatsammler 33, von wo aus es über das Rohr 3^ mittels der Pumpe abgeführt und zu dem nicht gezeichneten Dampfgenerator zurückgepumpt wird, wo das Kondensat wieder verdampft und in einem geschlossenen Kreislauf, wie an sich bekannt, der Turbine 10 als Treibdampf zugeführt wird.

Ein Teil dieses Kondensats wird jedoch über die Rohre und 71 den Kondensattrögen 52 und 65 unterhalb der Verteilerplatte 55 zugeführt. Steigt der Kondensatspiegel im Trog, so strömt das Kondensat um die Verteilerplatte 55 herum und durch die Durchbrüche 56 hindurch, so daß es den Trog im wesentlichen füllt. Damit ein überlaufen des Kondensats in den DampfStrömungsweg und ein Auftropfen auf die Oberfläche der Kondensatorrohre 21 verhindert wird, sind ein oder mehrere Überlaufrohre 7 3 vorgesehen, die an der inneren Wandung 50 befestigt sein können. In ähnlicher Weise können ein oder mehrere Überlaufrohre 7^ an der inneren Wandung 62 befestigt sein. Die Rohre 73 und 7^ verlaufen am äußeren Rand des Rohrbündels B (Fig. 2) entlang und daran vorbei nach unten und leiten das überlaufende Kondensat unmittelbar in den Kondensatsammler 33.

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Da das Kondensat stetig vom Kondensatsammler in die Tröge 52 und 65 gepumpt wird, und da dieses Kondensat nahezu auf der Sättigungstemperatur für die Niederdruckbedingungen im Kondensator ist, wird der Kondensatorkörper 20 unabhängig von der Abdampftemperatur auf der Kondensattemperatur gehalten. Infolgedessen wird der Kondensatorkörper selbst bei hoher Abdampftemperatur (beispielsweise bei Rückwärtsfahrt), jedoch bei niedrigem Abdampfdruck (wegen der vollen Wärmebelastung) auf der Sattdampf temperatur für den entsprechenden Druck gehalten. Dementsprechend ist die Wärmedehnung des Kondensators auf ein Minimum verkleinert, mindestens im Bereich zwischen der Unterstützungsebene P-P¹ und den Flanschteilen 44, so daß dadurch jede Bewegung der Turbine 10 ausgeschaltet wird, welche sonst ein Nichtfluchten der Turbinenwelle 14 und dem zugeordneten Getriebe und den Kupplungen hervorrufen könnten.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Diese andere Ausfuhrungsform ist der oben beschriebenen Ausführungsform grundsätzlich ähnlich. Hier ist jedoch die Turbine 10 auf einem Kondensator 75 montiert und wird von diesem getragen, und der Kondensator wird seinerseits an seinem unteren Teil durch eine Fundamentkonstruktion unterstützt.

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Es ist klar zu sehen, daß bei dieser Ausführungsform die gesamte äußere Kondensatorwandung 78 des Kondensators zwischen der Unterstützungsgebene HP-MP¹ und dem Turbinenabdampfstutzen 80 verläuft. Degemäß ist die gesamte Kondensatorkörperwandung im Betrieb der Wärmedehnung ausgesetzt, was unerwünschte Bewegungen der Turbine aus ihrer fluchtenden Lage heraus mit sich bringen kann.

Gemäß der Erfindung wird die Wärmedehnung des Kondensatorkörpers 78 durch Vorsehen zweier vertikal ausgedehnter Trogkonstruktionen 80 und 8l vermindert, welche sich vom Kondensatsammler 83 im wesentlichen bis zum Kondensatorflansch 84 nach oben erstrecken.

Wie auch bei der erstbeschriebenen Ausführungsform sind die beiden Tröge 80 und 8l auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rohrbündels 85 (vgl. Fig. 5) angeordnet und durch Stirnwandungen 86 und 87 des Kondensatorkörpers und durch innere Wandungen 88 und 89 begrenzt.

Bei dieser Ausführungsform enthalten die beiden Tröge und 81 jeweils eine Kondensatsäule, welche sich im wesentlichen über die gesamte vertikale Ausdehnung der Kondensatorwandungen 86 und 87 erstreckt.

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In anderer Hinsicht ist diese Ausführungsform der erstbeschriebenen-Ausführungsform ähnlich ausgebildet und braucht nicht weiter beschrieben zu werden.

Die Erfindung beinhaltet also eine Anordnung, bei welcher eine unvorhersagbare überhitzung des Kondensatorkörpers verhindert wird und bei welcher die Wärmedehnung des Kondensatorkörpers im Betrieb auf ein vorhersagbares Minimum beschränkt ist.

Außerdem kann bei der oben beschriebenen Anordnung die Turbine auf dem Kondensator montiert sein und von diesem getragen werden, wobei dann garantiert ist, daß nachteilige Verschiebungen der Turbine innerhalb eines weiten Betriebsbereiches auf ein Minimum vermindert sind.

Es muß ferner hervorgehoben werden, daß bei beiden Ausfuhrungsformen der Erfindung die Kondensattröge auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rohrbündels angeordnet sind und im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie das Rohrbündel haben. Die Stirnseiten des Kondensatorkörpers brauchen aus zwei Gründen nicht notwendigerweise mit einem Kondensattrog versehen zu sein, da erstens das Kühlwasser in den Wasserkammern und Rohren ein optimales

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Wärmegefälle für die angrenzenden Kondensatorkörperteile herstellt und zweitens diese stirnseitigen Bereiche des Kondensatorkörpers normalerweise nicht innerhalb der Kondensatorkörper-Fundamentkonstruktion 37 bzw. 77 gelegen ist, so daß eine Wärmedehnung dieser Bereiche die Einbaulage der Turbine nicht beeinflussen kann.

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Claims

Patentansprüche

G)

Unmittelbar an den Abdampfstutzen einer Abdampf von veränderlicher Temperatur liefernden Dampfturbine angeschlossener Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der von einer Fundamentkonstruktion (37 bzw, 77) getragene und die Dampfturbine (10) haltende Kondensator (12) eine Einrichtung (52, 65; 80, 8l) zur von den Abdampftemperatur im wesentlichen unabhängigen Gleichhaltung der Kondensatorkörpertemperatur auf der Kondensattemperatur aufweist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung (52, 65; 80, 81) eine sich nach oben erstreckende, mit dem Kondensatorkörper (20) verbundene innere Wandung (50, 63; 88, 89) aufweist, welche zusammen mit dem Kondensatorkörper einen offenen, mit dem Inneren des Kondensators in Verbindung stehenden Kondensatkanal bildet.
3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatkanal (52, 65; 80, 8l) als Kondensattrog ausgebildet und mit Zuführungsmitteln (57, 57a, 70) für Frischkondensat versehen ist.

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4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überlaufrohr (73» 7*0 überlaufendes Kondensat aus dem Kondensation (52, 65; 30, 81) in den Kondensatsammler (33) des Kondensators (12) leitet.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe sich in einer im Bereich des oberen Teils des Kondensatorkörpers (20) gelegenen Ebene (P-P') auf der Fundamentkonstruktion (37) abstützt.

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